CC BY
21
4. Luzhin O.V., Khalfin I.Sh. Dinami-chesky raschet glubokovodnyh skvoznyh so-oruzheniy na vozdejstvie sluchainogo shtor-movogo volneniya / Volnovye vozdejstviya na morskie neftegazovye sooruzheniya. ch. 2. -M.: VNIIOENG, 1977. - S. 42-84.
5. Efremov M.M. Raschet glubokovodnoy platform na vozdejstviya volny i techeniya. / Experimentalno-teoreticheskie issledovaniya antennyh sooruzheniy i glubokovodnyh osno-vaniy. - M.: TSNII projectkonstruktsiya im. Meljnikova, 1988. - S. 160-166.
6. Douson T. Proektirovanie sooruzheniy morskogo shelfa: Per. s angl. - L.: Sudostroenie, 1986. - 288 s.
7. Morskie gidrotehnicheskie sooruzhe-niya na kontinentalnom shelfe. / Simakov G.V., Shchhinek K.N., Smelov V.A., Marchenko D.V., Khrapaty N.G. - L.: Sudostroenie, 1989. - 328 s.
The material was received at the editorial
office 11.09.2018 g.
Information about the authors Zharnitsky Valerij Yakovlevich, doctor of technical sciences, professor of the chair «Bases and foundations, building and expertise of realty objects» FSBEU HE RGAU-MAA named after C.A. Timiryazev; 127550, Moscow, Timiryazevskaya ul., 49, e-mail: zharnitskiy@mail.ru
Andreev Yevgeniy Vladimirovich, candidate of technical sciences, associate professor of the chair «Bases and foundations, building and expertise of realty objects» FSBEU HE RGAU-MAA named after C.A. Timiryazev; 127550, Moscow, Timiryazevskaya ul., 49, e-mail: andreev-rf@mail.ru
Silkin Alexandr Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor of the chair «Bases and foundations, building and expertise of realty objects» FSBEU HE RGAU-MAA named after C.A. Timiryazev; 127550, Moscow, Timiryazevskaya ul., 49, e-mail: zharnitskiy@mail.ru
УДК 502/504:627.8:626.811/.816:338.43 М.И. ЛОСКИН
ГБУ «Управление по мелиорации земель и сельскохозяйственному водоснабжению» Министерства сельского хозяйства Республики Саха (Якутия), г. Якутск, Российская Федерация
экономическая эффективность предзимнего понижения уровня воды на низконапорном гидроузле куогалы республики саха (якутия)
Представлены результаты оценки экономической эффективности предзимнего понижения уровня воды в водохранилище многоцелевого назначения с учетом бесперебойного водоснабжения населенного пункта. Потребность в новых подходах к эксплуатации гидротехнических сооружений в центральной Якутии обусловлена изменением природно-климатических условий, вызывающих снижение степени безопасности гидротехнических сооружений. При дальнейшем развитии сценария потепления наличие талых зон внутри земляных плотин повысит вероятность аварий, связанных с затоплением населенных пунктов в случае прорыва сооружения. В целях безопасной эксплуатации сооружений возникает необходимость пересмотра параметров водохранилищ, особенно в зимний период, с учетом обеспечения нужд водопотребления и экономической эффективности планируемых мероприятий. Выполнено сопоставление предполагаемых ущербов от гидродинамической аварии при различных объемах наполнения водохранилища с планируемыми эксплуатационными затратами на мероприятия по ее предотвращению, показавшее безусловную целесообразность последних.
Эксплуатация гидротехнических сооружений, экономическая эффективность, сельскохозяйственное водоснабжение, предзимнее понижение, безопасность гидротехнических сооружений, ущерб, объем водохранилищ, водопотребление.
Введение.При строительстве гидро- Саха (Якутия), получивших широкое распро-технических сооружений (ГТС) в Республике странение в 70-80 годы прошлого столетия,
применялся принцип сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии. Вместе с тем существенные изменения климата в последние годы привели к заметному изменению водности водохранилищ и других водоемов данной территории [1]. Изменившиеся природно-климатические условия обусловили воздействие на основания и фундаменты инженерных сооружений, построенных на мерзлых грунтах, в первую очередь, понизив надежность и безопасность ГТС, испытывающих не только общеклиматический, но и техногенный прессинг, причиной которого являются дополнительные водно-тепловые нагрузки от водохранилищ [2].Главной опасностью является вероятность затопления населенных пунктов в случае аварий напорных сооружений. Решение данной проблемы требует новых подходов к эксплуатации гидротехнических сооружений и обоснования их экономической эффективности.
В качестве эффективного мероприятия повышения безопасности гидротехнических сооружений в центральной Якутии автором предлагается предзимнее снижение уровней воды в многоцелевых водохранилищах мелиоративного водохозяйственного комплекса, выполняемое с учетом нужд сохраняющихся на указанный период водопотре-бителей. Оценка эффективности предлагаемых мероприятий выполнена на примере низконапорного гидроузла Куогалы Республики Саха (Якутия).
Цель исследований — обоснование экономической целесообразности внедрения в центральной Якутии эксплуатационных мероприятий повышения безопасности ГТС мелиоративного водохозяйственного комплекса за счет предзимнего понижения уровня воды в водохранилищах при сохранении
водообеспеченности оставшихся потребителей.
Материалы и методы исследований.
Определение экономической эффективности проводилось с использованием положений «Методических рекомендаций по оценке эффективности инвестиционных проектов мелиорации сельскохозяйственных земель (РД АПК3.00.01.003-03)».
Гидроузел Куогалы предназначен для поддержания необходимого уровня воды в водохранилище Куогалы, объем которого составляет 1,4 млн м3. Данный гидроузел построен в 1998 году для обеспечения питьевой и технической водой западной части села Чурапча - микрорайона Куогалы и создания благоприятного микроклимата. Водоисточником водохранилища является речка Ку-охара. Гидроузел Куогалы состоит из: грунтовой насыпной подпорной плотины длиной 230 м, высотой 3 м, шириной по гребню 4,5 м, заложением откосов 1:2 и 1:3; уровневого автоводосброса из матрацев Рено и габионов; трубчатого сифонного водосброса диаметром 300 мм; ледозащитного устройства и охлаждающих установок (рис. 1). Расчетная водопропускная способность автоводосброса 18 м3/сек. Отметка гребня плотины — 173,5 м, нормальный подпорный уровень — 171,8 м, форсированный подпорный уровень — 172,65 м, уровень мертвого объема — 170,0 м. Площадь водохранилища — 51 га. Полезный объем водохранилища равен 0,9 млн м3. Гидроузел Куогалы (Ш класс опасности), являющийся государственной собственностью Республики Саха (Якутия), находится в оперативном управлении ГБУ «Управление по мелиорации земель и сельскохозяйственному водоснабжению» Министерства сельского хозяйства Республики Саха (Якутия).
Рис. 1. Гидроузел Куогалы со стороны нижнего бьефа
В микрорайоне Куогалы проживает 2323 человек, действует одно детское дошкольное, одно общеобразовательное учреждение, функционируют производственные предприятия и социальные объекты. Согласно данным, изложенным в письме администрации муниципального образования «Чурапчинский улус (район)» Республики Саха Якутия «О количестве населения, КРС, лошадей, социальных объектов, площади поливных участков» (№ 161 от 09.02.2018.), крупный рогатый скот (КРС) насчитывает 400 голов, лошадей насчитывается 200 голов.
Результаты и обсуждение. Типы сооружений и их параметры в периоды строительства были определены в соответствии со СП 58.13330.2012 «Гидротехнические сооружения. Основные положения» на основании сравнения технико-экономических показателей вариантов сооружений и с учетом дополнительных факторов, таких как:
- объемы и нормы водопотребления населенного пункта;
- водохозяйственный прогноз гидрологического режима рек;
- условия быта и отдых населения;
- сохранность животного и растительного мира;
- воздействие водохранилища на окружающую среду.
Расчет современного водопотребле-ния населенного пункта в настоящей работе определялся согласно данным письма администрации муниципального образования «Чурапчинский улус (район)» Республики Саха Якутия «О количестве населения, КРС, лошадей, социальных объектов, площади поливных участков» (№ 161 от 09.02.2018.).
Укрупненный расчет водопотребле-ния населенного пункта выполнен в соответствии с положениями СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения»:
Нужды населения:
Qнас = 0,2 м3 х 2323 чел х 365 сут = = 169579 м3/год
Расходы на полив приусадебных участков:
Q = 0,05 м3 х 2323 чел = 116 м3/год
Водопотребление КРС и лошадей составит:
Q = (0,08 м3 х 400 гол +
^скот 4 '
+ 0,06 м3 х 200 гол) х 365 сут = = 16060 м3/год
Потребность на пожаротушение не рассчитывается, так как учтена в объеме основного водохранилища села Чурапча.
Суммарное водопотребление:
169579 + 116 + 16060 = 185755 м3/год
Нужды социальных объектов — 12% от суммарного водопотребления:
Q = 185755 х 0,12 = 22291 м3/год
^пром '
Объем льда в зимний период, исключаемый из водопотребления:
^^льда = 0,5 м х 0,5 лет х 0,9 (плотность льда) х х 45 га = 10125 м3/год
Итого необходимый минимальный полезный объем водохранилища составит:
W„_....... = 185755 + 22291 + 10125 =
= 218171 м3
пол.мин
С учетом непредвиденных ситуаций он увеличивается на 10-15%: W = 250000 м3
пол
Как видно из проведенных расчетов, объем воды в водохранилище превышает потребности данного микрорайона. Так полезный объем водохранилища 0,9 млн м3 в 3 разабольше годового водо-потребления микрорайона, составляющего 0,25 млн м3. Следовательно, имеется возможность повышения устойчивости гидротехнических сооружений, путем включения в состав эксплуатационных мероприятий предзимнее понижение уровня воды в водохранилище с целью интенсификации промерзания тела и основания сооружений.
Учитывая природно-климатические условия центральной Якутии, считаем, что оптимальным периодом для предзимнего понижения уровня воды в водохранилище является конец сентября — начало октября перед ледоставом. При наличии 1 сифонного водосброса, диаметром 300 мм, обеспечивающего расход в 0,25 м3/сек, для
перекачивания объема воды в 0,65 млн м3 предлагается установка дополнительно одной нитки аналогичного сифонного водосброса, что позволит откачать требуемый объем воды за 15 суток. Капитальные вложения по устройству дополнительного сифонного устройства составляют 250 тысяч рублей. Эксплуатационные затраты — 19 тысяч рублей в год.
В качестве результата от реализации планируемых мероприятий повышения эксплуатационной надежности ГТС принимается величина предотвращенного ущерба от возможной аварии с учетом риска наступления аварийной ситуации. Наиболее тяжелый сценарий аварии в соответствии с Декларацией безопасности гидротехнических сооружений водохранилища «Куогалы» с. Чу-рапчаЧурапчинского улуса Республики Саха (Якутия) № 11-13(00) - 0023-27-ВОД от 06.06.2013 связан с переполнением емкости водохранилища и переливом воды через гребень плотины. В результате ожидается размыв плотины с образованием прорана максимальной шириной 205 м. Прогнозируемые характеристики потока в проране составляют: расход Q = 1261 м3/с, максимальная глубина
^max ' J
h = 5,5 м, скорость V = 6,28 м/с, объ-
max max
ем воды, вытекающий из водохранилища 1,4 млн.м3. Из тела плотины будет вынесено 155 м3 грунта. Общее время стока воды из водохранилища - 68,4 часа. В зону возможного подтопления попадают 1200 человек, деревянные застройки жилых зданий. Общий ущерб от гидродинамической аварии с вероятностью наступления 0,01 по Декларации безопасности составит 65,727 млн рублей. При этом
риск неблагоприятной ской ситуации составит
гидрогеологиче-
65727 тыс. руб. х 0,01 = = 657,27 тыс. руб. [3, 4].
Критерием целесообразности инвестиций в развитие мероприятий эколо-го-социальной безопасности гидроузла принят дисконтированный прирост чистого дохода (ДПЧД), исчисляемый через дисконтированное сальдо приростного чистого денежного потока за период функционирования планируемых мероприятий.
ДПЧД = X fmam > 0
где X 1т — дисконтированное сальдо приростного чистого денежного потока на т шаге, ат — коэффициент дисконтирования. Сумма X распространяется на все шаги расчетного периода. т — количество лет в рассматриваемом шаге общего расчетного периода принято равным 30 годам, из которых 10 лет осуществляется эффективная реализация эксплуатационных мероприятий повышения безопасности гидроузла, ат = 1/(1+Е)т где Е — норма дисконта, равная для оценки общественной эффективности 6%.
Сальдо приростного чистого денежного потока на т шаге определялось с учетом выше приведенных результатов и затрат на эксплуатационные мероприятия по гидроузлу. Результаты оценки, представленные на рисунке 2 и в таблице, свидетельствуют об экономической эффективности планируемых решений, так как дисконтированный прирост чистого дохода на расчетный 30 летний период их реализации больше 0 и составляет 174,5 тыс. руб.
ю > а 500,0
о
2 1- 400,0
300,0
200,0
100,0
0,0
-100,0
-200,0
-300,0
1 / 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Годы функционирования
Рис. 2. Эффективность планируемых мероприятий повышения безопасности
гидроузла Куогалы
Таблица
Эффективность планируемых мероприятий повышения безопасности
гидроузла Куогалы, тыс. руб.
Показатели (приростные) Годы функционирования Итого за 30-летний период функционирования
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 1. Денежный поток от инвестиционной деятельности -187,4 657,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 469,9
2 Притоки, в том числе 62,6 657,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 719,9
3 Налоги 62,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 62,6
4 Из них налоги, выплачиваемые строительной организацией 62,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 62,6
5 из них НДС 45,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 45,0
6 единый социальный налог 11,8 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 11,8
7 налог на физические лица 5,9 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 5,9
8 Оттоки, в том числе 250,0 250,0
9 Строит-ство 250,0 250,0
10 2.Денежный поток от операционной деятельности 0,0 -19,0 -19,0 -19,0 -19,0 -19,0 -19,0 -19,0 -19,0 -19,0 -551,0
11 Оттоки 0,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 551,0
12 Эксплуатационные затраты 0,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 19,0 551,0
13 3. Сальдо денежного потока -187,4 638,3 -19,0 -19,0 -19,0 -19,0 -19,0 -19,0 -19,0 -19,0
14 То же нарастающим итогом -187,4 450,9 431,9 412,9 393,9 374,9 355,9 336,9 317,9 298,9
15 Дисконтированное сальдо денежного потока -187,4 602,1 -16,9 -16,0 -15,0 -14,2 -13,4 -12,6 -11,9 -11,2 174,5
16 Дисконтированное сальдо приростного потока -187,4 414,8 397,9 381,9 366,9 352,7 339,3 326,6 314,7 303,5
Выводы
Проведенные исследования позволили сформировать новые практически целесообразные и экономически эффективные мероприятия при эксплуатации гидротехнических сооружений в центральной Якутии, базирующиеся на предзимнем (конец сентября — начало октября) понижении уровня воды в водохранилище, что обусла-вливаетсяв последнее время изменениями природно-климатических факторов, вызывающими снижение степени безопасности гидротехнических сооружений.
Библиографический список 1. Лоскин М.И. Состояние гидротехнических сооружений объектов сельскохозяй-
ственного водоснабжения Лено-Амгинского междуречья, построенных на ледовом комплексе в условиях потепления климата. / Инновационные подходы к проблемам и перспективам развития АПК в Республике Саха (Якутия). - Воронеж: Издат-принт, 2017. - С. 281-290.
2. Чжан Р.В. Геокриологические принципы работы грунтовых плотин в крио-литозоне в условиях меняющегося климата. // Фундаментальные исследования. - № 9. - М.: Издательский Дом «Академия Естествознания». 2014. - С. 288-296.
3. Карпенко Н.П., Юрченко И.Ф. Классификатор критериев безопасности мелиоративных систем. // Мелиорация и водное хозяйство. - 2015. - № 2. - С. 29-32.
4. Карпенко Н.П., Манукьян Д.А.
Управление геоэкологическими рисками — основа экологической безопасности функционирования мелиоративных систем. // Вестник РАСХН. - 2010. - № 6. - С. 63-65.
Материал поступил в редакцию 24.12.2018 г.
Сведения об авторах Лоскин Михаил Иванович, первый заместитель руководителя ГБУ «Управление по мелиорации земель и сельскохозяйственному водоснабжению» Министерства сельского хозяйства Республики Саха (Якутия); 677000, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ул. Курашова 28, e-mail: melio_lmi@mail.ru
M.I. LOSKIN
GBU «Management of Land Reclamation and Agricultural Water Supply» of the Ministry of Agriculture of the Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk, Republic of Sakha (Yakutia)
ECONOMiC EFFICIENCY OF PRE-WINTER LOWERiNG OF WATER LEVEL ON LOW-PRESSURE HYDRO SYSTEM OF KUOGALY, THE SAKHA REPUBLIC (YAKUTIA)
The article presents the results of efficiency estimation of water level pre-winter reduction in a multi-purpose reservoir taking into account uninterrupted water supply of settlements. The necessity in the new approaches in hydraulic constructions' operation in Central Yakutia is determined by climate and natural change that causes reduction of hydraulic constructions safety level. In the event of further warming, presence of thawed zones inside the ground dams will increase the possibility of emergencies as a flood of settlements due to break of a construction. Safe operation of constructions require need to reconsider the reservoirs' characteristics, especially in winter period, with a view of request of water consumption and the planned events' economic efficiency. We made a comparison of estimated costs of a hydrodynamic emergency at reservoir filling of different amounts and the planned costs on the events on it prevention, which showed the absolute practicability of the last.
Оperation of hydraulic structures, economic efficiency, agricultural water supply, pre-winter reduction, safety of hydraulic structures, damage, volume of reservoirs, water consumption.
References
1. Lоskin M.I. Sostoyanie gidrotehnich-eskih sooruzhenij objektov seljskohozyajst-vennogo vodosnabzheniya Leno-Amginskogo mezhdurechja, postroennyh na ledovom kom-plekse v usloviyah potepleniya klimata. / Innovatsionnye podhody k problemam i pers-pektivam razvitiya APK v Respublike Sakha (Yakutia). - Voronezh: Izdat-print, 2017. -S. 281-290.
2. Zhang R.V. Geokriologicheskie prin-tsipy raboty gruntovyh plotin v kriolito-zone v usloviyah menyayushchegosya klimata // Fundamentaljnye issledovaniya. -№ 9. - M.: Izdateljskij dom «Akademiya Estest-voznaniya». 2014. - S. 288-296.
3. Karpenko N.P., Yurchenko I.F. Clas-sifikator kruteriev bezopasnosti meliora-
tivnyh sistem. // Melioratsiya i vodnoe hozya-jstvo. 2015. - № 2. - S. 29-32.
4. Karpenko N.P., Manukjyan D.A.
Upravleniye geoekologicheskimi riskami - os-nova ekologicheskoy bezopasnosti funktsion-irovaniya meliorativnykh sistem. - Vestnik RASKHN. 2010. - № 6. - S. 63-65.
The material was received at the editorial office
24.12.2018 g.
Information about the author Loskin Mikhail Ivanovich, first Deputy head of the state budgetary institution «Management of land reclamation and agricultural water supply» of the Ministry of agriculture ofthe Sakha Republic (Yakutia); 677000, Yakutsk, ul. Kurashova, 28; e-mail: melio_lmi@mail.ru
